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Máquina virtual DOS

Las máquinas virtuales DOS ( VDM ) se refieren a una tecnología que permite ejecutar programas DOS de 16 o 32 bits y programas Windows de 16 bits cuando ya hay otro sistema oper...

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Las máquinas virtuales DOS ( VDM ) se refieren a una tecnología que permite ejecutar programas DOS de 16 o 32 bits y programas Windows de 16 bits cuando ya hay otro sistema operativo en ejecución que controla el hardware.

Descripción general

Las máquinas virtuales DOS pueden funcionar exclusivamente mediante métodos típicos de emulación de software (por ejemplo , recompilación dinámica ) o bien pueden basarse en el modo virtual 8086 del procesador Intel 80386 , que permite que el software en modo real 8086 se ejecute en un entorno controlado al interceptar todas las operaciones que implican el acceso a hardware protegido y reenviarlas al sistema operativo normal (como excepciones ). El sistema operativo puede entonces realizar una emulación y reanudar la ejecución del software DOS.

Los VDM generalmente también implementan soporte para ejecutar software en modo protegido de 16 bits y 32 bits ( extensores de DOS ), que debe ajustarse a la interfaz de modo protegido de DOS (DPMI). [ 1 ]

Cuando un programa DOS que se ejecuta dentro de un VDM necesita acceder a un periférico, Windows lo permitirá directamente (rara vez) o le presentará un controlador de dispositivo virtual (VDD) que emula el hardware utilizando funciones del sistema operativo. Un VDM tendrá sistemáticamente emulaciones para los controladores de interrupción Intel 8259A , los chips temporizadores 8254 , el controlador DMA 8237, etc. [ 1 ]

Modo de emulación concurrente DOS 8086

En enero de 1985, Digital Research junto con Intel presentó una vista previa de Concurrent DOS 286 1.0 , [ 2 ] una versión de Concurrent DOS capaz de ejecutar programas DOS en modo real en el modo protegido del 80286. [ 2 ] Sin embargo, el método ideado en chips de procesador con revisión B-1 dejó de funcionar en mayo de 1985 en las revisiones C-1 y posteriores, poco antes de que Digital Research lanzara el producto. Aunque con la revisión E-1 Intel comenzó a abordar los problemas en agosto de 1985, de modo que el "modo de emulación 8086" de Digital Research volvió a funcionar utilizando la instrucción de procesador no documentada LOADALL , [ 3 ] [ 4 ] era demasiado lento para ser práctico. Los cambios en el microcódigo para la revisión E-2 mejoraron la velocidad nuevamente. [ 5 ] [ 6 ] Esta implementación temprana puede considerarse un precursor de las máquinas virtuales DOS reales.

Finalmente, Concurrent DOS 286 fue rediseñado a partir de un sistema operativo de escritorio potencial para convertirse en FlexOS 286 para uso industrial en 1986. [ 7 ] [ 8 ] También fue licenciado por IBM para su sistema operativo 4680 en 1986. [ 9 ] [ 10 ]

Cuando el 80386 de Intel con su modo virtual 8086 estuvo disponible (como muestras desde octubre de 1985 y en cantidades desde junio de 1986), Digital Research cambió para usarlo para ejecutar programas DOS en modo real en máquinas virtuales DOS en modo protegido bajo Concurrent DOS 386 1.0 (febrero de 1987) [ 11 ] y FlexOS 386 1.0 (junio de 1987). [ 12 ] Sin embargo, la arquitectura de estos sistemas operativos multitarea multiusuario en modo protegido no estaba basada en DOS en sí misma.

Concurrent DOS 386 se desarrolló posteriormente para convertirse en Multiuser DOS (desde 1991) y REAL/32 (desde 1995). FlexOS 386 se convirtió más tarde en 4690 OS en 1993.

VDM basados ​​en DOS

A diferencia de estos sistemas operativos en modo protegido, DOS, por defecto, es un sistema operativo en modo real, que cambia al modo protegido y al modo virtual 86 solo en nombre de los administradores de memoria y los extensores de DOS para proporcionar acceso a la memoria extendida o mapear la memoria en el primer megabyte, que es accesible para los programas normales de DOS.

Los VDM basados ​​en DOS aparecieron con Windows/386 2.01 de Microsoft en septiembre de 1987. [ 13 ] Las máquinas virtuales DOS basadas en DOS también estaban presentes en Windows 3.0 , 3.1x y Windows for Workgroups 3.1x ejecutándose en 386 Enhanced Mode , así como en Windows 95 , 98 , 98 SE y ME . Una de las características de estas soluciones que se ejecutan sobre DOS es que la distribución de memoria que se muestra dentro de las máquinas virtuales DOS son instancias virtuales del sistema DOS y la configuración del controlador DOS se ejecuta antes de que se cargue el multitarea, y que las solicitudes que no se pueden manejar en modo protegido se pasan al dominio del sistema para ser ejecutadas por el sistema DOS subyacente.

Similar a Windows 3.x 386 Enhanced Mode en arquitectura, EMM386 3.xx de Novell DOS 7 , [ 1 ] [ 14 ] Caldera OpenDOS 7.01 , [ 14 ] [ 15 ] DR-DOS 7.02 [ 16 ] (y posterior) también utiliza VDM basados ​​en DOS para admitir la multitarea preventiva de múltiples aplicaciones DOS, cuando EMM386 /MULTIse utiliza la opción. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Este componente ha estado en desarrollo en Digital Research / Novell desde 1991 [ nb 1 ] bajo el nombre en clave "Vladivar" (originalmente un controlador de dispositivo separado KRNL386.SYS[ 1 ] [ 14 ] en lugar de un módulo de EMM386). Aunque se desarrolló principalmente para la siguiente versión importante de DR  DOS, lanzada como Novell DOS 7 en 1994, [ 1 ] [ 14 ] también se utilizó en el proyecto DR DOS "Panther" y " Star Trek " que nunca se lanzó en 1992/1993.

OS/2 MVDM

Las máquinas virtuales DOS múltiples (MVDM) se utilizan en OS/2 2.0 y versiones posteriores desde 1992. [ 1 ] [ 4 ] Las MVDM de OS/2 son considerablemente más potentes que NTVDM . Por ejemplo, admiten dispositivos de bloques y se pueden arrancar varias versiones de DOS en una MVDM de OS/2. [ 17 ] Mientras que la caja DOS de OS/2 1.x se basaba en DOS 3.0, las MVDM de OS/2 2.x emulan DOS 5.0. [ 1 ]

La integración sin problemas de aplicaciones Win32s de Windows 3.1 y versiones posteriores en OS/2 es un concepto que, a primera vista, se asemeja a la integración sin problemas del Modo XP basado en Windows Virtual PC en Windows 7. Un redireccionador en un VDM o NTVDM "invitado" permite el acceso a los discos del "anfitrión" OS/2 o NT. Las aplicaciones en un "invitado" pueden usar tuberías con nombre para comunicarse con su "anfitrión". [ 18 ]

Debido a una limitación técnica, las aplicaciones de DOS y Windows de 16 bits bajo OS/2 no podían ver más de 2  GB de espacio en el disco duro; [ 19 ] esto se solucionó en ArcaOS 5.0.4. [ 20 ]

Windows NTVDM

COMMAND.COM ejecutándose en el NTVDM de Windows 10

NTVDM es un componente del sistema de todas las ediciones IA-32 de la familia Windows NT desde 1993 con el lanzamiento de Windows NT 3.1 . Permite la ejecución de aplicaciones Windows de 16 bits y aplicaciones DOS de 16 y 32 bits. El ejecutable en modo usuario de Windows NT de 32 bits que constituye la base de un único entorno DOS (o Windows 3.x ) se denomina ntvdm.exe . [ 1 ]

Para ejecutar programas DOS, NTVDM carga NTIO.SYS que a su vez carga NTDOS.SYS , que ejecuta un COMMAND.COM modificado para ejecutar la aplicación que se pasó a NTVDM como argumento de línea de comandos. Los archivos del sistema de modo real de 16 bits son derivaciones simplificadas de sus equivalentes de MS-DOS 5.0 IO.SYS , MSDOS.SYS y COMMAND.COM [ 1 ] con todas las suposiciones cableadas en el sistema de archivos FAT eliminadas y usando el código de operación no válido 0xC4 0xC4 para pasar al NTVDM de 32 bits para manejar las solicitudes. [ 1 ] Originalmente, NTDOS informaba una versión DOS de 30.00 a los programas, [ 1 ] pero esto pronto se cambió para informar una versión de 5.00 en y 5.50 en para permitir que más programas se ejecutaran sin modificaciones. [ 1 ] Esto sigue siendo cierto incluso en las versiones más recientes de Windows; Faltan muchas funciones y comandos adicionales de MS-DOS introducidos en las versiones 6.x de MS-DOS y en Windows 9x . INT21h/AH=30hINT21h/AX=3306h

Hubo un problema bien conocido dentro de NTVDM en Windows 2000 , donde la falta de la marca NT resultó en frecuentes fallos e inestabilidades, impulsado por el debate de dos meses entre Bill Gates y Jim Allchin . [ 21 ]

Las aplicaciones de Windows de 16 bits, por defecto, se ejecutan todas en su propio hilo dentro de un único proceso NTVDM. Aunque NTVDM en sí es un proceso de 32 bits y realiza multitarea de forma preventiva con respecto al resto del sistema, las aplicaciones de 16 bits dentro de él realizan multitarea de forma cooperativa entre sí. Cuando se marca la opción "Ejecutar en un espacio de memoria separado" en el cuadro Ejecutar o en el archivo de acceso directo de la aplicación, cada aplicación de Windows de 16 bits obtiene su propio proceso NTVDM y, por lo tanto, realiza multitarea de forma preventiva con respecto a otros procesos, incluidas otras aplicaciones de Windows de 16 bits. NTVDM emula las llamadas y tablas de la BIOS, así como el kernel de Windows 3.1 y los stubs de API de 16 bits. [ 22 ] La capa de traducción WoW de 32 bits procesa las rutinas de API de 16 bits.

La emulación de DOS de 32 bits está presente para la interfaz de modo protegido de DOS (DPMI) y el acceso a memoria de 32 bits. Esta capa convierte las llamadas de memoria extendidas y expandidas necesarias para las funciones de DOS en llamadas de memoria de Windows NT. wowexec.exe es la capa de emulación que emula Windows de 16 bits. Windows XP agregó la emulación de Sound Blaster 2.0. [ 23 ] Los controladores de dispositivos virtuales de 16 bits y los controladores de dispositivos de bloques de DOS (por ejemplo, discos RAM) no son compatibles. La comunicación entre procesos con otros subsistemas puede tener lugar a través de OLE , DDE y tuberías con nombre .

Dado que el modo virtual 8086 no está disponible en procesadores que no se basan en x86 (más específicamente, MIPS , DEC Alpha y PowerPC ), NTVDM se implementa como un emulador completo en estas versiones de NT, utilizando código con licencia de SoftPC de Insignia . [ 1 ] Hasta Windows NT 3.51 , solo está disponible la emulación 80286. Con Windows NT 4.0 , se agregó la emulación 486. [ 24 ]

NTVDM no está incluido en las versiones de 64 bits de Windows ni en las versiones basadas en ARM32, como Windows RT o Windows 10 IoT Core. La última versión de Windows que incluyó este componente fue Windows 10 , ya que Windows 11 dejó de ser compatible con procesadores de 32 bits .

Comandos

Los siguientes comandos de 16 bits para el subsistema MS-DOS se incluyen con Windows XP. [ 18 ]

Problema de seguridad

En enero de 2010, el investigador de seguridad de Google, Tavis Ormandy, reveló una grave vulnerabilidad de seguridad en la implementación VDM de Windows NT que permitía a los usuarios sin privilegios elevar sus privilegios al nivel SYSTEM , señalando que afectaba a la seguridad de todas las versiones x86 del kernel de Windows NT desde 1993. Esto incluía todas las versiones de 32 bits de Windows NT, 2000, XP, Server 2003, Vista, Server 2008 y Windows 7. [ 25 ] Ormandy publicó una prueba de concepto de la vulnerabilidad. [ 26 ] Antes de que Microsoft publicara un parche de seguridad, la solución temporal para este problema consistía en desactivar la compatibilidad con aplicaciones de 16 bits, lo que impedía la ejecución de programas antiguos (los escritos para DOS y Windows 3.1). Las versiones de 64 bits de Windows no se ven afectadas, ya que el subsistema NTVDM no está incluido. [ 27 ] [ 28 ] Una vez aplicados los parches de seguridad de Microsoft a los sistemas operativos afectados, el VDM pudo volver a habilitarse de forma segura. [ nb 2 ]

Limitaciones

Existe una limitación en el subsistema de 16 bits de Windows XP (pero no en versiones anteriores de Windows NT) debido al límite elevado por sesión para los objetos GDI, lo que provoca que los identificadores GDI se desplacen dos bits a la derecha al convertirlos de 32 a 16 bits. [ 29 ] Como resultado, el identificador real no puede ser mayor de 14 bits y, por consiguiente, las aplicaciones de 16 bits a las que el sistema GDI les proporciona un identificador mayor de 16384 fallan y se cierran con un mensaje de error. [ 29 ]

En general, VDM y tecnologías similares no logran ejecutar satisfactoriamente la mayoría de los juegos antiguos de DOS en las computadoras actuales. La emulación solo se proporciona para los periféricos más básicos, a menudo de forma incompleta . Por ejemplo, la emulación de sonido en NTVDM es muy limitada. Las versiones de Windows de la familia NT solo actualizan la pantalla real unas pocas veces por segundo cuando un programa de DOS escribe en ella, y no emulan modos gráficos de mayor resolución. Dado que el software se ejecuta principalmente de forma nativa a la velocidad de la CPU del host, todos los bucles de temporización caducan prematuramente. Esto provoca que un juego se ejecute demasiado rápido o que el software ni siquiera detecte los periféricos de hardware emulados, ya que no espera el tiempo suficiente para obtener una respuesta.

Ausencia en las arquitecturas x64 y AArch64

En una CPU x86-64 , el modo virtual 8086 está disponible como un submodo solo en su modo heredado (para ejecutar sistemas operativos de 16 y 32 bits), no en el modo nativo de 64 bits largo . [ 30 ] NTVDM no es compatible con las ediciones x86-64 de Windows, [ 31 ] incluidos los programas de DOS, [ 32 ] porque NTVDM usa el modo de CPU VM86 en lugar de la Tabla de descriptores locales para habilitar el segmento de 16 bits necesario para el direccionamiento. [ 33 ] NTVDM tampoco está disponible en las versiones AArch64 (o ARM64) de Windows (como Windows RT ), porque Microsoft no lanzó un emulador completo para este conjunto de instrucciones incompatible como lo hizo en arquitecturas incompatibles anteriores.

Aunque NTVDM no es compatible con las versiones x86-64 y AArch64 de Windows, aún se pueden ejecutar mediante software de virtualización , como Windows XP Mode en versiones no domésticas de Windows 7 o VMware Workstation . Otros métodos incluyen el uso de la versión de ReactOS [ 34 ] o WineVDM/OTVDM (véase más abajo). [ 35 ]

WineVDM

Wine y CrossOver para Linux y Mac OS X incluyen un VDM , conocido como WineVDM (también conocido como OTVDM), basado en la emulación i386 de MAME y la parte de 16 bits de la popular capa de compatibilidad de Windows, Wine . [ 35 ] También se ha portado al propio Windows, ya que las versiones de 64 bits de Windows no incluyen el subsistema NTVDM (véase más arriba). [ 36 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ KRNL386.SYS de DR DOS "Panther" tiene cadenas de derechos de autor "1991,1992".
  2. ↑ Un VDM deshabilitado podría volver a habilitarse restableciendo la clave de registro correspondiente a"HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Policies\Microsoft\Windows\AppCompat\VDMDisallowed"=dword:00000000.

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Schulman , Andrew; Brown, Ralf D.; Maxey, David; Michels, Raymond J.; Kyle, Jim (1994) [noviembre de 1993]. DOS no documentado: Guía del programador para funciones y estructuras de datos reservadas de MS-DOS, ampliada para incluir MS-DOS 6, Novell DOS y Windows 3.1 (2.ª  ed.). Reading, Massachusetts: Addison Wesley . ISBN 0-201-63287-X.(xviii+856+vi páginas, disquete de 3,5 pulgadas) Erratas:
  2. 1 2 "Concurrent DOS-286 Challenges Unix" . BYTE Magazine . 10 (5): 375–377 . Mayo de 1985. Recuperado el 23 de enero de 2017 .{{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  3. ↑ "Concurrent DOS 68K 1.2 - Kit de desarrollo para Motorola VME/10 - Disco 2" . 6 de agosto de 1986 [8 de abril de 1986] . Consultado el 13 de septiembre de 2018 .(Nota: Este paquete también incluye algunos archivos de cabecera de Concurrent DOS 286 , incluido STRUCT.H que menciona explícitamente LOADALL para la "emulación de 8086").
  4. 1 2 Deitel, Harvey M.; Kogan, Michael S. (1992). El diseño de OS/2 . Addison-Wesley . ISBN 0-201-54889-5.
  5. ↑ Foster, Edward (13 de mayo de 1985). "Super DOS espera el nuevo 80286 – Concurrent DOS 286 – retrasado hasta que Intel actualice el chip – ofrece la potencia de Xenix y compatibilidad con IBM PC" . InfoWorld . 7 (19). InfoWorld Media Group : 17–18 . ISSN 0199-6649 . Consultado el 3 de abril de 2019 . {{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  6. ↑ Foster, Edward (26 de agosto de 1985). "Intel muestra el nuevo chip 80286: el futuro del Concurrent DOS 286 de DRI sigue sin estar claro tras la corrección del procesador" . InfoWorld . 7 (34). InfoWorld Media Group : 21. ISSN 0199-6649 . Consultado el 3 de abril de 2019 . {{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
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  35. 1 2 "Winevdm" . GitHub . Consultado el 21 de julio de 2019 .Documentación adicional de Edward Mendelson
  36. ↑ "Otya128/Winevdm" . GitHub .

Lecturas adicionales

  • Estructura de la máquina virtual DOS
  • Solución de problemas de programas basados ​​en MS-DOS en Windows XP
  • Solución de problemas de una aplicación MS-DOS que bloquea el subsistema NTVDM en Windows XP y Windows Server 2003.
  • Solución de problemas de programas de comunicación serie basados ​​en MS-DOS en Windows 2000 y versiones posteriores.
  • NTVDM de ReactOS , la variante independiente personalizada de NTVDM de Michael Stamper (capaz de ejecutar software MS-DOS en modo texto con ventana en sistemas Windows NT de 64 bits, este NTVDM funciona utilizando la siguiente sintaxis: ntvdm.exe program.exe , como el comando de inicio en Windows.
  • MS-DOS Player para Win32-x64, un emulador de Microsoft MS-DOS , ejecuta muchos programas de línea de comandos de DOS, como compiladores u otras herramientas, que también se incluyen en un único archivo ejecutable independiente.
  • vDOS , un emulador de DOS diseñado para ejecutar las aplicaciones de DOS más importantes (no juegos) en sistemas NT de 64 bits (en la práctica, un sustituto de NTVDM en sistemas modernos).